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— 80 lé

Les mesures de ces vitesses ne sont possibles que dans un intervalle très restreint de température, où la vitesse ne soit ni trop grande, ni trop petite, entre 200 et 800** par exemple ; encore les résultats observés sont-ils très discordants, en raison de la multiplicité des facteurs autres que la température dont dépend également cette vitesse de combinaison.

M. Hélier a fait une étude systématique de l'influence delà température sur la vitesse initiale de réaction, en opérant dans des vases de très petites dimensions, avec un développement considérable de surface, de façon à s'opposer à l'élévation de la température de la masse gazeuse par le fait de sa combustion ; ia proportion combinée après 3' de chaufiage dans le mélange H* + O a été trouvée :

i8o<» 200* 240® 3300 430® 620° 825® 845*» 0,040/0 0,12 1,3 9,8 39,8 84,5 96,1 explos.

résultats tout différents de ceux de Van t'Hofi.

Influence de la pressioD. — Cette vitesse de combinaison

COMBUSTION DES MÉLANGES GAZEUX IO5

dépend encore d'un certain nombre de facteurs autres que la température; elle croit avec la pression, c*est -à-dire avec la densité du mélange gazeux. Dans les moteurs à gaz on comprime le mélange explosif avant de Tallumer pour faciliter sa combustion. Une augmentation de pression facilite dans les eudiomètres la combustion des mélanges difficilement inflammables. Enfin, la combustion des vapeurs de phosphore se produit d'une façon très difiérente suivant la pression de Toxygène, donnant immédiatement de l'anhydride phosphorique aux fortes pressions, donnant au contraire d'une façon passagère de Tanhydride phosphoreux aux faibles pressions.

Action superficielle des corps sDlides. — La présence de corps étrangers exerce une très grande influence sur la vitesse de combustion des grz. La mousse de platine provoque dès la température ordinaire la combustion de Thydrogène et de l'oxygène, vers 300® celle du méthane et de l'oxygène. Un inventeur avait proposé d'employer ce procédé pour détruire le grisou dans les mines ; il se servait d'une lampe à essence chaufiant, par combustion lente^ de Tamiante platinée ; il avait seulement oublié de mesurer le rendement de son appareil : il aurait fallu 500 ooo lampes pour détruire la totalité du gaz dégagé dans une mine notablement grisouteuse, qui peut donner 500 1. de grisou par seconde. Pour chauflfer ces appareils il aurait fallu brûler 500 t. d'essence minérale, c'est-à-dire un poids égal à celui de la houille extraite pendant le même temps. C'est là un bon exemple de l'application inintelligente des connaissances scientifiques aux problèmes pratiques.

Non seulement les corps poreux, mais les corps solides de toute sorte et même des corps de même nature, ne différant que par de très légers changements dans Tétat de leur surface, suffisent par leur présence pour amener des différences notables dans la vitesse de combustion. Van t'HoÔa trouvé que, dans un appareil en verre neuf, la vitesse initiale de combinaison du mélange H* + O était six fois plus grande que dans le même appareil ayant

servi plusieurs fois. M. Hélier a trouvé de très grands écarts entre des expériences faites dans des appareils en verre, en cristal, en porcelaine ou argentés intérieurement. L'agitation en renouvelant . les contacts avec les surfaces solides parait avoir une influence très notable. Cela semble être la raison principale des écarts très considérables entre les résultats des expériences de M. Hélier, faites sur des gaz en mouvement et celles de M. Van t'Hofl, sur des gaz en repos.

Température d'inflammation. — Lorsque Ton introduit un mélange gazeux combustible dans une enceinte chauflée à une température déterminée et que Ton repète la même expérience à des températuies progressivement croissantes, on observe une discontinuité très nette dans les phénomènes. Pour toutes les températures inférieures à une certaine limite, on obtient une combustion lente dont la vitesse croit régulièrement avec la température;

puis brusquement, à partir d'une certaine température, on obtient une inflammation instantanée, ou du moins s'efiectuant dans un temps trop court pour que nous puissions en apprécier la durée.

La raison de ce phénomène est la suivante : la combustion knte d'une masse gazeuse élève sa température, par suite du dégage- Fig. 3. ment de chaleur dû à la réaction

chimique. La température de la masse arrive ainsi à dépasser celle de Tenceinte ; la masse gazeuse se refroidit alors au contact de la paroi, en lui cédant de la chaleur et prends si la combustion n'est pas trop rapide, un certain régime permanent de température, supérieure à celui de l'enceinte, d'une quantité telle, que la chaleur perdue par contact ou rayonnement soit exactement égale à celle fournie dans le même temps par la combustion lente. Pour que cette condition soit rem-

COMBUSTION DES MÉLANGES GAZEUX

plie il faut que les deux phénomènes calorifiques de sens contraire croissent avec une vitesse différente en fonction de la température, la perte de chaleur par la paroi l'emportant sur le supplément de chaleur fourni par la combustion. Autrement dit, si Ton trace deux courbes (fig*3) qui représentent, en fonction de la température, Tune la chaleur dégagée par la combustion^ et l'autre la chaleur cédée à la paroi, ces deux courbes doivent se couper ; cette condition est nécessaire et suffisante pour que Ton atteigne une tempe' rature de régime constante ; si elles ne se coupent pas au contraire, la chaleur fournie par la combustion reste toujours supérieure à celle prise par la paroi, la réaction s'emporte et devient explosive. La discontinuité signalée plus haut correspond donc à la température pour laquelle les deux courbes sont tangentes. Sur les figures la courbe des pertes de chaleur par la paroi est sensiblement une droite tandis que celle des chaleurs fournies parla combustion s*élève très rapidement.

La température la plus basse à laquelle Tinflammation brusque du mélange se produit, est dite température d'inflammation. D'après les explications données ci-dessus, cette température n'est pas une grandeur physiquement déterminée; la perte de chaleur par les parois est proportionnelle à la surface de Tenveloppe, tandis que la quantité de chaleur dégagée est proportionnelle à son volume; la température d'inflammation doit donc nécessairement varier avec les conditions de l'expérience. Pratiquement cependant cette température d'inflammation a une certaine signification^ parce que la vitesse des phénomènes chimiques croît tellement vite avec la température qu'il faut des variations énormes dans le volume des récipients pour amener un changement notable dans la température d'inflammation, comme le montre la figure 4.

Fig. 4.

On peut employer des procédés très variés pour la mesure de ces températures d'inflammation, par exemple, faire passer le mélange gazeux dans un tube en porcelaine chauSé à une température déterminée. On est averti de la combustion, parce qu'on voit la flamme revenir en arrière vers le récipient où le mélange des gaz a été efiectué. Un couple thermo-électrique placé à côté du tube en donne la température.

La méthode du pyromètre, peut-être plus précise, mais applicable seulement à des mélanges dont la combinaison est accompagnée d'un changement de volume, consiste à prendre un pyromètre en porcelaine dans lequel on fait le vide et où Ton fait ensuite rentrer, au moyen d'un robinet à trois voies, de Tair contenu dans un mesureur. En rapprochant le volume d air ainsi rentré de la capacité du pyromètre, on a la mesure -exacte de la température de celui-ci. On recommence de suite la même expérience en remplaçant Tair par le mélange combustible étudié; si la combustion ne se produit pas, le volume aspiré au premier moment est exactement le même que celui de l'air. On voit ensuite peu à peu ce volume changer lentement par le fait de la combustion lente. Si, au contraire, on a dépassé la température d'inflammation, le volume de gaz aspiré diflère immédiatement de celui de Tair, d'une quantité déterminée par le changement de volume résultant de la combustion.

Inflammation par compression. — Enfln, un procédé très élégant, employé récemment par un chimiste américain, M.Falk, consiste à comprimer brusquement^ au moyen du choc d'un mouton tombant d'une certaine hauteur, le mélange gazeux enfermé dans un cylindre sous un piston d'acier. La compression adiabatique élève brusquement la température d'une quantité facile à calculer d'après le changement de volume. Les détails de ce calcul sont donnés plus loin page 126. Au moment où la combustion se produit, le mouvement du piston change immédiatement, par suite de l'excès de pression résultant de Texplosion. Il est facile d'enregistrer la position du piston pour laquelle le phé-

COMBUSTION DES MÉLANGES GAZEUX

nomène se prodait. On calcule ensuite, d'après la loi de compression adiabatique des gaz, la température atteinte par le mélange au moment de son inflammation. Les expériences Élites par ces trois méthodes dans des appareils dont les dimensions

«oo«-

' \ ' ^ VolDiDt d'osygèoe

Fig. 5.

intérieures étaient comprises entre 2 et 5 centimètres ont donné des résultats très concordants.

Voici le ubleau des résultats obtenus par la compression brusque sur des mélanges d*hydrogène et d'oxygène en proportions variables (fig. 5).

Po

ir + 2 0*. . .

L'inflammation par compression a été utilisée dans un moteur

IIO INTRODUCTION A l'ÉTUDE DE LA MÉTALLURGIE

inventé par un ingénieur allemand, Diesel. II. comprime de Tair pur dans le cylindre de son moteur à une pression d'environ 50 atm. et injecte alors brusquement une certaine quantité d*huile qui s'enflamme instantanément. Il est facile de calculer rélévation de température produite par une compression donnée. On trouve ainsi qu'une compression de 33 atm. élève la température de 50Q** et une compression de 55 atm., de 1000®.

Cette compression provoque parfois, dans les moteurs à essence ordinaires^ des inflammations prématurées. On est obligé de limiter la compression avant inflammation pour éviter cet inconvénient.

Retard & Tinflammation du grisou. — On a vu que la présence de la vapeur d'eau dans Toxyde de carbone abaisse la température d'inflammation ; le formène semble donner lieu à un phénomène analogue.

Le mélange de grisou et d'oxygène introduit dans un vase clos présente, lorsqu'il est scCj un retard à l'inflammation ; lorsqu'on fait passer rapidement ce mélange dans un tube au rouge^ la combinaison ne se produit pas. Une barre de fer rouge ne provoque pas l'explosion d'un mélange grisouteux, car le mélange qui circule autour ne reste pas assez longtemps en contact. On met encore ce fait en évidence par l'expérience suivante : on place dans le mélange un creuset de fer chauffé au rouge, la concavité tournée vers le haut, et Ton constate que l'explosion ne se produit pas. Au contraire, l'explosion a lieu quand le creuset est renversé, car le gaz reste sous la concavité au contact de la source de chaleur. On explique ce fait en admettant que le mélange, d'abord sec, donne de l'eau en brûlant et il faut un certain temps pour que celle-ci soit en quantité suffisante pour accélérer la vitesse de réaction et provoquer la combustion instantanée.

Le retard à l'inflammation du grisou peut atteindre 10' à 650^ ; il décroit quand la température s'élève et est à peine de 1" vers 1000**. Celte propriété des mélanges grisouteux explique l'efficacité des lampes Davy, même quand le tamis métallique vient à

COMBUSTION DES MÉLANGES GAZEUX III

rougir, ainsi que la possibilité d'employer certains explosifs, les produits gazeux de l'explosif ayant le temps de se refroidir avant d'avoir enflammé le mélange grisouteux.

Réiultats nnmérlquei. — La température d*inflammation des différents gaz avec Tair, déterminée par Tune quelconque des méthodes précédentes, varie approximativement comme l'indique le tableau ci-dessous :

Oxyde de carbone, méthane .... 650®

Hydrogène 550<*

Acétylène, alcool , . ^$0^

Sulfure de carbone 350®

Hydrogène phosphore 100®

Enfin les "températures d'inflammation de divers mélanges gazeux ont été trouvées :

H' + iO' + O 5300

CH^ + 20* + Az ^6so<>